Peltier/Heatpipe systeem

Ik zou graag een blok aluminium op een constante temperatuur willen houden met behulp van peltier(s) en een temperatuur controller.
De controller heb ik wel, die kan bij 12V 7,5A leveren.

Heb me wel het een en ander ingelezen maar er zijn teveel parameters waar ik op dit moment geen antwoord op heb.
Het blok aluminium is 150x150x50mm met diverse 'gaten', dus niet geheel solid en moet gekoeld worden tot 4C.

Als ik de specs van diverse peltiers erbij pak weet ik het volgende.
- Vermogen van de peltier = U x I
- Een 80W (voorbeeld) module van 14V die 8A kan leveren verbruikt dus 112W
- Volgens de spec kan deze 80W dissiperen van de koude naar de warme kant (Q) wat erop neer komt dat het totaal vermogen 112+80=192W is.

Klopt bovenstaande ongeveer en is het zo dat ik deze 192W door heatipes met heatsink moet meenemen voor de berekening van de hoeveelheid heatpipes ?

Vraag 1: hoe berekening ik de juiste peltier voor het aluminium blok
Vraag 2: hoe berekening ik het juiste aantal heatpipes?
Met 80W ga je dat zeker niet redden (je komt niet eens in de buurt... ;) )
Peltier is gruwelijk inefficient qua koelen (ongeveer 6%), en ook zo ver koelen (4 graden) van zo'n grote massa is niet eenvoudig.

Reken dat je maximaal (als alles optimaal zit) tot 15 graden onder de omgevingstemperatuur komt.
(Je kunt Peltiers ook 'stacken' voor lagere temperaturen, maar dan loopt de efficiency nog verder terug...)
Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - www.arcovox.com
Die 80W is bij 0 graden temperatuurverschil. Het maximale temperatuurverschil (bij 0W verpompen) is meestal best aanzienlijk. Volgens mij red je het wel, MITS de isolatie voldoende is, in de praktijk zal deze en de koeling van de peltier heel erg goed moeten zijn bij zo een groot blok en een kleine peltier.
Als er extra dissipatie is van iets in het blok komt deze er natuurlijk nog bij.

Heatpipes zijn in hun werkgebied 'gewoon' een thermische weerstand, maar ik denk dat je niet aan wat tests ontkomt om de feitelijke prestaties van het gehele systeem met alle overgangen er in in te schatten. Wat testen lijken mij uberhaupt de beste manier om hier gevoel voor te krijgen.
subsonik

Golden Member

Je zal eerst moeten berekenen hoeveel het nodige koelvermogen is.

Een voorbeeld. Alu blok van 15x15x5cm, op 4°C = 21°C onder ambient. De convectieoppervlakte van het blok is 750cm² = 0.075m². Natuurlijke convectie gaat ruw geschat aan 20W/m²K, dus je warmteverlies door convectie is: 0.075m² x 21K x 20W/m²K = 31.5W.

Deze berekening houdt nog niet eens rekening met het nodige vermogen om het blok alu af te koelen, met toegevoegde warmte (ik neem aan dat het blok alu op zijn beurt iets anders koelt) en met toegevoegde warmte door condensatie van waterdamp.


Vervolgens kan je aan de peltier gaan rekenen. De hoeveelheid getransporteerde warmte is ongeveer omgekeerd lineair met de delta T.

Een voorbeeld. Peltier met Qmax = 80W en deltaT max = 60K. Bij 0K temperatuurverschil is Q=80W, bij 60K is Q=0W, bij 30K is Q=40W.

In jouw toepassing zou delta T dus niet hoger dan 36K mogen worden (enkel en alleen om "steady state" te draaien dus een koud blok koud houden). De warme zijde van je peltier mag niet warmer zijn dan 4+36=40°C. Dat is enorm weinig, zelfs met een heel flink CPU koelblok met heatpipes ga je dit niet redden.

Met twee dergelijke peltiers is delta T max 48K (voor steady state) ofwel 52°C aan de hete kant. Wellicht nipt haalbaar met degelijke koeling.
Bedankt alvast voor het meedenken!
De 80W was meer als voorbeeld zoals ik schreef.

Als ik deze peltier neem van Laird zit de Qmax al op 236W (wel bij 25V).
Bij 12V zit deze ongeveer op 135W volgens spec.
Ik denk dat alleen heatpipes met een flinke koelfan een stuk efficienter is...
Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - www.arcovox.com
Op 19 september 2018 14:25:21 schreef Arco:
Ik denk dat alleen heatpipes met een flinke koelfan een stuk efficienter is...

Maar dan moet het blok nog op temperatuur worden gebracht/gehouden.
Warmteafgifte van de peltier zal idd met heatpipes en heatsink moeten gebeuren.
Tidak Ada

Golden Member

Het wordt misschien duidelijker en gemakkelijker als je er bij vertelt waarvoor het geheel gaat dienen.
Je nick suggereert iets in de audiofiele wereld.

Hopelijk wil je geen buizen tempereren, want dan zit je meer in de 'audiofoole' hoek. Dat laatste is bewezen zinloos. Je zou dan overigens met veel lagere - cryogene - temperaturen moeten werken en niet de opgegeven 4°C. ;)
Rommelige werkplek? In de natuur is wanorde de meest stabiele toestand; de entropie is dan maximaal. Het handhaven van "orde" kost daarom altijd energie. ----------------------> TUBECOLLECTORSASSOCIATION@yahoogroups.com
Op 19 september 2018 16:04:02 schreef Tidak Ada:
Het wordt misschien duidelijker en gemakkelijker als je er bij vertelt waarvoor het geheel gaat dienen.
Je nick suggereert iets in de audiofiele wereld.

Hopelijk wil je geen buizen tempereren, want dan zit je meer in de 'audiofoole' hoek. Dat laatste is bewezen zinloos. Je zou dan overigens met veel lagere - cryogene - temperaturen moeten werken en niet de opgegeven 4°C. ;)

Nee heeft niets met audio te maken.
In het aluminium blok zitten gaten die geschikt zijn voor flesjes die gekoeld moeten worden op een bepaalde temperatuur waarbij het minimum 4C is.
Tidak Ada

Golden Member

Rommelige werkplek? In de natuur is wanorde de meest stabiele toestand; de entropie is dan maximaal. Het handhaven van "orde" kost daarom altijd energie. ----------------------> TUBECOLLECTORSASSOCIATION@yahoogroups.com
In de tussentijd een tool gevonden van Laird Technologies.
Daar kun je het blok ingeven en aangeven hoe je systeem opgebouwd is.
Deze houdt tevens rekening met het gebruikte materiaal wbt soortelijke massa en warmte.

https://g4dfya.db.files.1drv.com/y4mU7PTtH-Vx5dXAhAIqD2NvpzMK5a62z9aItA-n3xyQMYHsoFb96-25Xf02hqBH_R88HX9VjKquQhYJTpDvwqDrp0Ne70vNJK0f8WWTG2Txu5KR0QvoemNxubQ80uecVjNMQn7HYqsvUuIxNKktRaasDxG6yax0L1p9ezTIg-iNFarYph8JJ2wL03AOILEVTLI_dlORwpAXG5Tqri3qDMvwg?width=340&height=228&cropmode=none

Vervolgens geeft deze een geschikte peltier (uiteraard uit hun assortiment) weer met de maximale waardes en optimale waardes etc.
Hier kun je nog mee 'spelen' naar gelang je gewenste resultaat om te bepalen welke setting het meest geschikt voor je is.

https://i4a2xg.db.files.1drv.com/y4mLEpI_kSFs5a55HBanxgb7ttuAetkePeC1U1v43tfDK1BSbEUnInjUf9WMGUU2SxgXYmtePvQdFAYb6ISp8iyg_Glck39Oe9LhYjxs-GF-K69uw4jmfdA_gUpzvqleNQaITZHet3YzxRjoYY1gPS5E7oCre7S8tgQYxIBIjR9MECgZ-bl9TL_iHpLfCpsprjXOB3bGFSPZ56UDZUPBmKw6w?width=340&height=228&cropmode=none


https://jia2xg.db.files.1drv.com/y4mJBiDUGVCQQ_nqhMPv9Vw2phVqMwoT75uNNi3nnwss4Ef0FTxUwMtKaBGhob3S7kCCgPYilW0xhn5k4x8DHOtA7y7Bk65XIHNT2xn1TJwXa5V8Dn6EqxonywpOss1Vb8ChKl8RIt96bGJle10LDsDP0Wlk_y6I7WqYWMwgEkJY5VQWDPVFKAzkjW8ovmKsgbtuYwGzdrub70BviFlzsFtWg?width=340&height=228&cropmode=none
Tidak Ada

Golden Member

Helaas zijn de koppelingen niet te openen.

Met welk programma moeten ze worden geopend?
Rommelige werkplek? In de natuur is wanorde de meest stabiele toestand; de entropie is dan maximaal. Het handhaven van "orde" kost daarom altijd energie. ----------------------> TUBECOLLECTORSASSOCIATION@yahoogroups.com
Op 20 september 2018 09:36:12 schreef Tidak Ada:
Helaas zijn de koppelingen niet te openen.

Met welk programma moeten ze worden geopend?

Staan op m'n open gedeelte van de onedrive, zou moeten werken, tenminste hier wel (en ik ben niet ingelogd op onedrive).

Heb ze hierbij toegevoegd.
Op 19 september 2018 13:11:11 schreef Audiophile:
- Een 80W (voorbeeld) module van 14V die 8A kan leveren verbruikt dus 112W
- Volgens de spec kan deze 80W dissiperen van de koude naar de warme kant (Q) wat erop neer komt dat het totaal vermogen 112+80=192W is.
Volgens mij is dat niet de correcte berekening. Het kost 112W (14V*8A) om 80W te verpompen (bij 0 graden temp verschil).

Het probleem bij peltiers is dat er een warmte-geleidend-pad is van de warme naar de koude kant. Dus maak je een temperatuur verschil van 10 graden dan loopt er ook iets van 40W aan warmte door die geleiding terug naar de koude kant.

Zou je beslissen dat "10 graden temperatuur verschil" wel ongeveer goed is, en dat je ze gaat stacken, dan kan je dus 80W aan warmte onttrekken aan de koude kant, daarvan loopt 40W of je het nu wilt of niet vanzelf van de warme kant terug naar de koude. Dus maar 40W aan warmte uit je "target". Voor de volgende "stage" zit je dan met 112W aan warmte die je verder moet pompen, ongeveer drie van deze "kunnen 40W bij 10 graden temp verschil" apparaten.....

Die "40W" die terug zou lopen bij 10 graden temperatuur verschil is door mij compleet uit m'n duim gezogen. Of dat een realistisch getal is zal je op moeten zoeken.

Edit:
Ik heb even een (random: eerste hit op google) datasheet gezocht:
http://peltiermodules.com/peltier.datasheet/TEC1-12706.pdf

volgens mij kan je daar dus uithalen dat de verliezen zijn: 50W bij 66 graden. Of 25W bij 33 graden enzovoort.
four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
Tidak Ada

Golden Member

Klopt je verhaal ook als je, zoals in het algemeen wordt gedaan, de warmte aan de warme kant geforceerd wordt afgevoerd door een fan?

Ik heb een Peltier koelbox, waarvan tot mijn verbazing, de condens aan de koude kant stevig bevroor. De buitentemperatuur lag tegen de 20°C. Ik moest daarom de vinnen aan de koude kant regelmatig ontdooien!
Rommelige werkplek? In de natuur is wanorde de meest stabiele toestand; de entropie is dan maximaal. Het handhaven van "orde" kost daarom altijd energie. ----------------------> TUBECOLLECTORSASSOCIATION@yahoogroups.com
Da's dan een hele goeie... ;)
Ik heb er diverse gehad (steeds in de hoop dat de volgende beter zou zijn...), maar allemaal beroerd werkend, ook een van Campingaz.
(temperatuur die gehaald werd was op z'n laagst +9 graden, en dat bij een vrij lage omgevingstemp van 22°. Bij hogere temperaturen totaal kansloos)
Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - www.arcovox.com
Op 20 september 2018 10:56:47 schreef Tidak Ada:
Klopt je verhaal ook als je, zoals in het algemeen wordt gedaan, de warmte aan de warme kant geforceerd wordt afgevoerd door een fan?


Ben ik ook benieuwd naar. Peltiers blijven een best groot grijs gebied voor me, ondanks best veel erover lezen. Een van de 50 projecten (elders genoemd) die nog liggen, betreft het maken van een actieve, relatief efficiënte koelbox. Heb mooie gaming videokaarten van de buurman gepikt (lagen in zijn tuin om weg te gooien, met toestemming hoor) met platte bouwwijze en mooie heatpipes (4x10x25cm incl. fan), 30x30x30cm piepschuimen doos (voor testen), oude normale koelbox (purschuim tussen de wanden spuiten na eruithalen piepschuim plaatjes?), 60x40x40cm koelbox op wieltjes (recent gewonnen bij de Plus) en 3 stuks 12706 Peltiers...)
Tidak Ada

Golden Member

Ben ooit bezig geweest met een klein 4 liter koelboxje van Coleman om te bouwen naar peltier koeling. Dat was voor mijn (kleuren)films op reis. Toen sloeg de balans om naar digitaal en is het blijven liggen omdat het niet meer nodig was.....

Ik wil nog steeds een efficiënte box maken, maar ja, zoveel andere dingen en de tijd gaat steeds sneller.
Rommelige werkplek? In de natuur is wanorde de meest stabiele toestand; de entropie is dan maximaal. Het handhaven van "orde" kost daarom altijd energie. ----------------------> TUBECOLLECTORSASSOCIATION@yahoogroups.com
fred101

Golden Member

Ik heb een dryblock uit elkaar gehaald. Het ding had een bereik van -20 tot +120 graden (uit mijn hoofd). Daar zaten 8 peltiers in. Fotos: http://schneiderelectronicsrepair.nl/?p=467
Ze gebruiken een combi van serieel en parallel.
www.pa4tim.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook oud en exotisch
Ik wil nog steeds een efficiënte box maken

Daar zit dan heel zeker geen Peltier in... :)
Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - www.arcovox.com
Even klein vraagje m.b.t. het tooltje. Klopt het dat de Qmax zoals berekend is in het voorbeeld het totaal vermogen aan warmte is dat afgevoerd moet worden ?
Op 20 september 2018 10:56:47 schreef Tidak Ada:
Klopt je verhaal ook als je, zoals in het algemeen wordt gedaan, de warmte aan de warme kant geforceerd wordt afgevoerd door een fan
Jazeker! Het kan de peltier niet schelen hoe het komt dat z'n warme kant zeg 25graden is. Als dat is omdat ie pas 2 sec aanstaat en het gewoon 25 graden is, of omdat er een koellichaam op zit en het buiten 20 graden is en het koellichaam in het voorbeeld 112W afvoert bij een temperatuur verschil van 5 graden dmv actieve koeling. mijn voorbeeld koellichaam+fan heeft dan een warmtegeleiding van 0.044 graden per watt. (dat zal dan wel weer onrealistisch zijn).
four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
Wilde jullie dit nog even mededelen en bedanken voor de input.

Op 19 september 2018 13:26:53 schreef Aart:
... ik denk dat je niet aan wat tests ontkomt om de feitelijke prestaties van het gehele systeem met alle overgangen er in in te schatten. Wat testen lijken mij uberhaupt de beste manier om hier gevoel voor te krijgen.

Dat hebben we gedaan en dat geeft idd een beter inzicht.
Ten eerste had ik de verkeerde peltiers gebruikt waardoor er teveel spanningsverschil ontstond waardoor de peltiers nog inefficienter werden.
Belangrijk is dus dat de uitgangsspanning van de controller naar de peltiers toe matchen met de spanning die opgegeven wordt van de peltiers (iets daarboven gaan zitten).

Na wat meetwerk uiteindelijk andere peltiers omgewisseld en de thermistor tussen de 2 peltiers geplaatst te hebben kreeg ik het geheel toch goed werkend.
De "coldplate" koelt binnen 6 minuten van 23C naar 4C en binnen 25 minuten voor een volledig gevuld blok.
Stabiliteit op 4C is gemiddeld na 3 uur meten 0,07C peak-peak.
Klinkt erg goed! Bedankt voor het terugmelden. Wanneer ik mijn project weer eens oppak kom ik wel om meer info bedelen (na eerst hele draadje nog eens doorgelezen te hebben).
De maximale ampère is ingesteld op 5A (i.v.m. heat dissipatie van de controller).
Tijdens het testen is me wel wat vreemds opgevallen waar ik nog geen antwoord op heb.
De controller is ingesteld dat deze 5A max kan leveren naar de 2 TECs.
Dat gaat goed mits de TECs parallel staan.
Zet ik de TECs in serie wat voor de stabiliteit eigenlijk beter is dan geeft de controller niet meer dan de helft (ongeveer 2A - 2,5A).
Dat bevreemd me aangezien dit niet strookt met de wet van ohm.
De controller kan ik opdraaien naar 10A maar er komt niet meer uit.
In parallel kan ik deze wel opdraaien naar 10A wat dan ook wordt afgegeven.
Vreemd.